滴定曲線

滴定曲線

中和滴定を行うとき、溶液の pH の変化を記録した曲線を中和滴定曲線といいます。また、酸と塩基の中和反応がちょうど終わる点を中和点といいます。

滴定曲線の例として、酸をコニカルビーカーに入れ、ビュレットから塩基を滴下して、中和点を調べて pH を記録します。

この場合、コニカルビーカーの中の溶液の pH を測っているので、滴下を始める前は酸性で pH は小さい値です。塩基の滴下を始めると、徐々に pH は大きくなります。

中和点に近づくと、急激な pH の変化が起こります。

ビュレットから 1 滴、2 滴と落としたとき、pH が非常に大きく動いた点が中和点です。このときのビュレットの目盛りを読み取ります。

中和点がわかれば実験は終了ですが、そのまま塩基を滴下し続けたら、変化は緩やかになりますが pH は大きくなっていきます。

塩酸に水酸化ナトリウム水溶液を加えた滴定曲線（ Wikipedia からの引用）の図を見ます。縦軸が溶液の pH の値で、横軸が加えた水酸化ナトリウム水溶液の体積です。

はじめは塩酸だけなので、pH = 1 と小さいです。水酸化ナトリウム水溶液を加えていくと、緩やかに pH が大きくなることがわかります。

そして水酸化ナトリウム水溶液の滴下量が 10 mL に近づくと、滴定曲線が急激に動いて、pH が 3 から 11くらいまでほとんど垂直に変化しています。

この急激な pH の変化がある点が中和点です。そのまま水酸化ナトリウム水溶液の滴下を続けた場合は、pH は穏やかに大きくなっていきます。

逆の例として、塩基をコニカルビーカーに入れ、ビュレットから酸を滴下した場合を考えます。

この場合は、はじめの pH は大きい値で、酸を滴下することで PH は徐々に小さくなります。中和点の前後で pH は大きく酸性側に動きます。

中和点を過ぎても酸の滴下を続けると、緩やかに pH は小さくなっていきます。

指示薬

中和滴定曲線を見るとわかるように、中和点で曲線は垂直に近い形になります。この大きな pH の変化を読み取れるような指示薬を選んで、溶液に加えて実験します。

滴定曲線の中和点の pH 付近に変色域がある指示薬ならば、大きな pH の変化で速やかに変色して、中和点を知ることができます。

中和滴定でよく使われる指示薬に、メチルオレンジとフェノールフタレインがあります。

強酸と強塩基の中和滴定では、メチルオレンジとフェノールフタレインのどちらも使用できます。

弱酸と強塩基の中和滴定で使われる指示薬はフェノールフタレインで、強酸と弱塩基の中和滴定で使われるのはメチルオレンジです。

実際に滴定曲線を見ながら、確認しましょう。

強酸と強塩基の滴定曲線

強酸に強塩基を加える中和滴定の例として、塩酸と水酸化ナトリウム水溶液の滴定曲線を考えます。

モル濃度が 0.1 mol/L の塩酸 10 mL に、モル濃度 0.1 mol/L の水酸化ナトリウム水溶液を滴下していきます。

下のグラフのように、pH が 3 ～ 11 付近で滴定曲線が垂直に近い形になっています。この範囲に変色域がある指示薬を選ぶと、中和点を知ることができます。

弱酸と強塩基の滴定曲線

弱酸に強塩基を加える中和滴定の例として、酢酸と水酸化ナトリウム水溶液の滴定曲線を考えます。

モル濃度が 0.1 mol/L の酢酸 10 mL に、モル濃度 0.1 mol/L の水酸化ナトリウム水溶液を滴下していきます。

酢酸の電離度は小さいので、滴定を始める前の pH は約 3 です。強塩基である水酸化ナトリウム水溶液を加えると、溶液の pH は大きくなります。

中和点は pH = 7 より塩基性側にずれます。これは中和点で溶液が塩基性になるためです。

酢酸と水酸化ナトリウムの中和では、塩として酢酸ナトリウムが生成します。

CH₃COOH　+　NaOH　→　CH₃COONa　+　H₂O

酢酸ナトリウムは弱酸と強塩基の塩であり、これを水に溶かすと塩基性を示します。中和点の溶液は酢酸ナトリウム水溶液になっているので、中和点ではやや塩基性になります。

そのため、やや塩基性の中和点付近で、滴定曲線が垂直の形に近くなります。この範囲に変色域がある指示薬は、フェノールフタレインです。

酢酸と水酸化ナトリウムの滴定曲線は、下のグラフのようになります。

強酸と弱塩基の滴定曲線

強酸に弱塩基を加える中和滴定の例として、塩酸とアンモニア水溶液の滴定曲線を考えます。

モル濃度が 0.1 mol/L の塩酸 10 mL に、モル濃度 0.1 mol/L のアンモニア水溶液を滴下していきます。

塩酸は強酸で 0.1 mol/L なので、滴定を始める前の pH は 1 です。弱塩基であるアンモニア水溶液を加えると、溶液の pH は徐々に大きくなります。

中和点は pH = 7 より酸性側にずれます。これは中和点で溶液が酸性になるためです。

塩酸とアンモニアの中和では、塩として塩化アンモニウムが生成します。

HCl　+　NH₃　→　NH₄Cl

塩化アンモニウムは強酸と弱塩基の塩であり、これを水に溶かすと酸性を示します。中和点の溶液は塩化アンモニウム水溶液になっているので、中和点ではやや酸性になります。

そのため、やや酸性の中和点付近で、滴定曲線が垂直の形に近くなります。この範囲に変色域がある指示薬は、メチルオレンジです。

塩酸とアンモニア水溶液の滴定曲線は、下のグラフのようになります。

問題演習

確認テスト1

次の文章は、食酢の中和滴定実験の手順を示しています。操作で使う器具名に誤りがあるので、見つけて正しましょう。

食酢に含まれる酢酸のモル濃度を調べるため、水酸化ナトリウム水溶液を用いて中和滴定を行いました。

食酢をこまごめピペットで 10 mL はかりとり、メスシリンダーに入れました。蒸留水でメスシリンダー内の食酢を 100 mL に希釈しました。

希釈した食酢をこまごめピペットで 10 mL はかりとり、コニカルビーカーに入れました。ビュレットから 0.10 mol/L の水酸化ナトリウム水溶液をコニカルビーカーに滴下し、中和滴定したところ、4.86 mL で中和点に達しました。

確認テスト2

確認テスト 1 の実験では、食酢中の酢酸のモル濃度はいくらになりますか。小数点以下 2 桁まで計算してみましょう。

実践問題1（2020本第2問問3）

水溶液 A 150 mL をビーカーに入れ、水溶液 B をビュレットから滴下しながら pH の変化を記録したところ、図 1 の曲線が得られた。水溶液 A および B として最も適当なものを、下の①～⑨のうちから一つ選べ。

①　0.10 mol/L 塩酸

②　0.010 mol/L 塩酸

③　0.0010 mol/L 塩酸

④　0.10 mol/L 酢酸水溶液

⑤　0.010 mol/L 酢酸水溶液

⑥　0.0010 mol/L 酢酸水溶液

⑦　0.10 mol/L 水酸化ナトリウム水溶液

⑧　0.010 mol/L 水酸化ナトリウム水溶液

⑨　0.0010 mol/L 水酸化ナトリウム水溶液

（2020年度センター試験　本試験　化学基礎　第2問問3　より引用）

実践問題2（2016本第2問問4）

ある酸 A の水溶液をある塩基 B の水溶液に滴下すると、pH は表 1 のように変化した。この酸 A の水溶液を用いて塩基 B の水溶液を中和滴定するとき、用いる指示薬として最も適当なものを、下の①～④のうちから一つ選べ。

①　変色域の pH が 1.2 ～ 2.8 の指示薬

②　変色域の pH が 4.2 ～ 6.2 の指示薬

③　変色域の pH が 8.0 ～ 9.8 の指示薬

④　変色域の pH が 9.3 ～ 10.5 の指示薬

（2016年度センター試験　本試験　化学基礎　第2問問4　より引用）

実践問題3（2019追第2問問4）

0.10 mol/L シュウ酸水溶液 10 mL に指示薬としてフェノールフタレインを入れ、0.10 mol/L 水酸化ナトリウム水溶液で滴定した。滴下量と溶液の色の関係を示す図として最も適当なものを、次の①～⑥のうちから一つ選べ。

（2019年度センター試験　追試験　化学基礎　第2問問4　より引用）

実践問題4（2018本第2問問5）

0.10 mol/L の NaHCO₃ 水溶液 25 mL を 0.10 mol/L の塩酸で滴定したときの滴定曲線として最も適当なものを、次の①～⑤のうちから一つ選べ。

（2018年度センター試験　本試験　化学基礎　第2問問5　より引用）

実践問題5（2017本第2問問5）

次に示す化合物群のいずれかを用いて調製された 0.01 mol/L 水溶液 A～C がある。各水溶液 100 mL ずつを別々のビーカーにとり、指示薬としてフェノールフタレインを加え、0.1 mol/L 塩酸または 0.1 mol/L NaOH 水溶液で中和滴定を試みた。次に指示薬をメチルオレンジに変えて同じ実験を行った。それぞれの実験により、下の表 1 の結果を得た。水溶液 A～C に入っていた化合物の組合せとして最も適当なものを、下の①～⑧のうちから一つ選べ。

化合物群：NH₃　　KOH　　Ca(OH)₂　　CH₃COOH　　HNO₃

（2017年度センター試験　本試験　化学基礎　第2問問5　より引用）